KR20210152791A - Apparatus for crud analysis in nuclear reactor and method thereof - Google Patents

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KR20210152791A
KR20210152791A KR1020200069714A KR20200069714A KR20210152791A KR 20210152791 A KR20210152791 A KR 20210152791A KR 1020200069714 A KR1020200069714 A KR 1020200069714A KR 20200069714 A KR20200069714 A KR 20200069714A KR 20210152791 A KR20210152791 A KR 20210152791A
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for analyzing crud in a nuclear reactor. According to the present invention, the method for analyzing crud in a nuclear reactor by using an apparatus for analyzing crud comprises the following steps of: yielding the thickness of crud deposited on the outer parts of a plurality of rods constituting a plurality of assemblies present in a nuclear reactor during a current running period for each rod; using the density of boron present in the deposited crud to calculate the percentage of boron included in the crud on each rod; using the percentage of boron adsorbed on the crud and a probability of reaction between boron and neutrons to calculate a change in density within the crud; and integrating the calculated changes in density to yield density of boron in the crud. According to the present invention, an axial shape index (ASI) during a next period is determined, based on the density of the deposited boron in the crud generated during the current period, so an accurate ASI can be applied during a next period.

Description

원자로 내 크러드 분석장치 및 방법{APPARATUS FOR CRUD ANALYSIS IN NUCLEAR REACTOR AND METHOD THEREOF}CRUD ANALYSIS IN NUCLEAR REACTOR AND METHOD THEREOF

본 발명은 원자로 내 크러드 분석장치 및 방법에 관한 것으로, 원자로 내에 생성되는 크러드의 양과 크러드에 침착되는 붕소의 밀도를 이용하여 원자로의 다음주기의 축방향 출력편차를 예측하기 위한 원자로 내 크러드 분석장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for analyzing a crad in a nuclear reactor, and for predicting the axial output deviation of the next cycle of a nuclear reactor using the amount of crud generated in the reactor and the density of boron deposited in the crud. It relates to a rudd analyzer and method.

일반적으로, 가압경수로형 원전(Pressurized Water Reactor, PWR)의 경제성 제고를 위하여, 긴 주기, 고출력, 고연소도 운전이 수행되면서, 핵연료 피복관 표면에 부식 생성물인 크러드가 생성되며, 이로 인해 핵연료봉 표면의 온도 증가, 국부적인 출력 감소 등의 문제점이 발생하고 있다. In general, in order to improve the economic feasibility of a Pressurized Water Reactor (PWR), a long cycle, high output, and high burnout operation is performed, and crud, a corrosion product, is generated on the surface of the nuclear fuel cladding, thereby generating nuclear fuel rods. There are problems such as an increase in surface temperature and a decrease in local output.

크러드(Chalk River Unidentified Deposit, CRUD)는 원자력발전소 운전 중 핵연료봉 피복관에 침착된 (주로 노심의 윗부분에 침착) 부식생성물을 말한다.Chalk River Unidentified Deposit (CRUD) refers to corrosion products deposited on the fuel rod cladding (mainly on the upper part of the core) during operation of a nuclear power plant.

핵연료봉에 크러드가 침착되면 크러드의 다공성 구조에 붕소가 침착되어 국부적으로 출력을 감소시킬 뿐만 아니라, 피복관 표면과 냉각수 사이의 연전달을 방해하여 피복관 표면 온도를 증가시킨다.When crud is deposited on the fuel rod, boron is deposited on the porous structure of the crud, which not only reduces the output locally, but also increases the cladding surface temperature by preventing the transfer of heat between the cladding surface and the coolant.

즉, 비정상 축방향 출력편차(Axial Offset Anomaly, AOA)를 발생시킨다. AOA가 발생할 경우 적절한 정지여유도 확보를 위해 원전 출력을 감소시켜야 하므로 경제적 손실, 피복관의 건전성 및 원전 안전성을 감소시키는 문제가 있다.That is, it generates an abnormal axial offset anomaly (AOA). When AOA occurs, there are problems in reducing the economic loss, soundness of the cladding, and the safety of the nuclear power plant because the output of the nuclear power plant must be reduced to secure an adequate stopping margin.

또한, 크러드로 인해 국부적으로 핵연료의 연소도가 낮아지므로 크러드가 발생한 다음 주기의 노심해석 시 오차가 발생한다. In addition, since the combustion rate of nuclear fuel is locally lowered due to the crud, an error occurs in the core analysis of the cycle following the occurrence of the crud.

따라서 AOA가 발생한 원자력발전소의 주기(Cycle)에 해당하는 노심해석 시 크러드를 고려하는 것이 필수로 필요하게 되었다.Therefore, it became essential to consider the crud in the core analysis corresponding to the cycle of the nuclear power plant in which the AOA occurred.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제10-2105037호(2020.04.27. 공고)에 개시되어 있다. The technology that is the background of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Registration No. 10-2105037 (2020.04.27. Announcement).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원자로 내에 생성되는 크러드의 양과 크러드에 침착되는 붕소의 밀도를 이용하여 원자로의 다음주기의 축방향 출력편차를 분석하기 위한 원자로 내 크러드 분석장치 및 방법에 관한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention relates to an apparatus and method for analyzing the crud in the reactor for analyzing the axial output deviation of the next cycle of the nuclear reactor using the amount of crud generated in the reactor and the density of boron deposited in the crud will be.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 크러드 분석장치를 이용한 원자로 내부의 크러드 분석 방법에 있어서, 현재 가동 주기에서 원자로 내부에 존재하는 복수의 어셈블리를 구성하는 복수의 로드(rod)들의 외부에 침착된 크러드 두께를 각각의 로드별로 산출하는 단계, 상기 침착된 크러드에 존재하는 붕소(Boron)의 수밀도를 이용하여 각각의 로드별로 상기 크러드에 포함된 붕소의 비율을 연산하는 단계, 상기 크러드에 흡착된 붕소의 비율과 붕소와 중성자와의 반응확률을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 단계, 그리고 상기 연산된 밀도 변화량을 적분하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving this technical problem, in the method for analyzing a crud inside a nuclear reactor using a crud analyzer, a plurality of rods constituting a plurality of assemblies existing inside a nuclear reactor in a current operation cycle ) calculating the thickness of the crud deposited on the outside of each rod for each rod, calculating the ratio of boron contained in the crud for each rod by using the number density of boron present in the deposited crud calculating the change in density in the crud using the ratio of boron adsorbed to the crud and the reaction probability between boron and neutrons, and integrating the calculated change in density to the density of boron in the crud It includes the step of calculating

상기 침착된 크러드의 두께를 각각의 로드별로 산출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 크러드의 두께를 연산할 수 있다.In the step of calculating the thickness of the deposited crud for each rod, the thickness of the crud may be calculated using the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
는 측정 대상 로드에 존재하는 핵연료가 현재 연소 단계 내에서 연소도이고, X, Y는 측정 대상 로드의 어셈블리 내의 좌표이고,
Figure pat00003
는 측정 대상 로드의 높이에 따른 크러드의 침착량에 대한 함수이고, Z는 측정 대상 로드의 높이이다.here,
Figure pat00002
is the degree of combustion within the current combustion stage of the nuclear fuel present in the rod to be measured, X and Y are the coordinates within the assembly of the rod to be measured,
Figure pat00003
is a function of the deposition amount of the crud according to the height of the rod to be measured, and Z is the height of the rod to be measured.

상기 붕소의 비율을 연산하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 붕소의 비율을 연산할 수 있다.In the calculating of the ratio of boron, the ratio of boron may be calculated using the following equation.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서,

Figure pat00005
은 n번째 연소 단계에서 크러드 내에 흡착된 붕소의 수밀도이고,
Figure pat00006
은 n번째 연소 단계에서 침착된 크러드의 부피이고,
Figure pat00007
는 상기 로드를 구성하는 하나의 노드의 부피이고,
Figure pat00008
는 공극율이며,
Figure pat00009
은 n번째 연소 단계의 시간 간격이다.here,
Figure pat00005
is the number density of boron adsorbed in the crud in the nth combustion stage,
Figure pat00006
is the volume of crud deposited in the nth combustion stage,
Figure pat00007
is the volume of one node constituting the load,
Figure pat00008
is the porosity,
Figure pat00009
is the time interval of the nth combustion stage.

상기 붕소의 수밀도는, 아래의 수학식에 의해 연산될 수 있다.The number density of boron may be calculated by the following equation.

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서,

Figure pat00011
은 붕소가 흡착되기 전 크러드에서의 붕소 수밀도이고,
Figure pat00012
는 n번째 연소 단계에서의 임계 붕소농도이다.here,
Figure pat00011
is the boron number density in the crud before boron is adsorbed,
Figure pat00012
is the critical boron concentration in the nth combustion stage.

상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산할 수 있다.In the calculating of the change in density in the crud, the amount of change in density in the crud may be calculated using the following equation.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서,

Figure pat00014
는 n번째 연소 단계에서 t시점에서의 크러드 내의 붕소의 수밀도이고,
Figure pat00015
는 n번째 연소 단계에서의 붕소와 중성자와의 반응확률이고,
Figure pat00016
는 n번째 연소 단계에서의 단위 면적을 통과하는 중성자의 개수이다.here,
Figure pat00014
is the number density of boron in the crud at time t in the nth combustion stage,
Figure pat00015
is the reaction probability of boron and neutrons in the nth combustion stage,
Figure pat00016
is the number of neutrons passing through a unit area in the nth combustion stage.

상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출하는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 연산할 수 있다.In the calculating of the density of boron in the clad, the density of boron in the clad may be calculated using the following equation.

Figure pat00017
Figure pat00017

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 원자로 내부의 크러드를 분석하기 위한 크러드 분석장치에 있어서, 현재 가동 주기에서 원자로 내부에 존재하는 복수의 어셈블리를 구성하는 복수의 로드(rod)들의 외부에 침착된 크러드 두께를 각각의 로드별로 산출하는 크러드 두께 산출부, 상기 침착된 크러드에 존재하는 붕소(Boron)의 수밀도를 이용하여 각각의 로드별로 상기 크러드에 포함된 붕소의 비율을 연산하고, 상기 크러드에 흡착된 붕소의 비율과 붕소와 중성자와의 반응확률을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 연산부, 그리고 상기 연산된 밀도 변화량을 적분하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출하는 붕소 밀도 산출부를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, in the crud analyzer for analyzing the crud inside the nuclear reactor, it is deposited on the outside of the plurality of rods constituting the plurality of assemblies existing inside the nuclear reactor in the current operation cycle A crud thickness calculator that calculates the crud thickness for each rod, calculates the ratio of boron contained in the crud for each rod by using the number density of boron present in the deposited crud, , a calculating unit for calculating the density change in the crud using the ratio of boron adsorbed to the crud and the reaction probability between boron and neutrons, and integrating the calculated density change to calculate the density of boron in the clad It includes a boron density calculation unit.

이와 같이 본 발명에 따르면, 현재 주기에서 생성된 크러드의 내부에 침착된 붕소의 밀도를 반영한 핵연료의 연소도를 이용하여 다음 주기에서의 축방향 출력편차(ASI, Axial shape index)를 판단하기 때문에 다음 주기에서의 정확한 축방향 출력편차를 적용할 수 있다. As described above, according to the present invention, the axial output deviation (ASI, Axial shape index) in the next cycle is determined by using the burn rate of nuclear fuel reflecting the density of boron deposited inside the crud generated in the current cycle. The exact axial output deviation in the next cycle can be applied.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로드(rod)의 외부에 침착된 크러드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 어셈블리의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로드의 높이에 따라 생성되는 크러드의 침착량에 대한 함수를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 핵연료의 연소 시간별 크러드의 두께를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 현재 주기에서의 핵연료 연소 시간에 따른 축방향 출력편차를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다음 주기에서의 핵연료 연소 시간에 따른 축방향 출력편차를 나타낸 그래프이다.1 is a view for explaining the configuration of a crud analyzer according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining an assembly of a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the crud deposited on the outside of the rod (rod) according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart for explaining a crud analysis method according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a plan view of an assembly according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a function of the amount of crud deposited according to the height of the rod according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the thickness of the crud for each combustion time of nuclear fuel according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating an axial output deviation according to a nuclear fuel combustion time in a current cycle according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing an axial output deviation according to a nuclear fuel combustion time in the next cycle according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Then, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석장치의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the crud analyzer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the configuration of a crud analyzer according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석장치(100)는 크러드 두께 산출부(110), 연산부(120) 및 붕소 밀도 산출부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the crud analyzer 100 according to an embodiment of the present invention includes a crud thickness calculator 110 , a calculator 120 , and a boron density calculator 130 .

먼저, 크러드 두께 산출부(110)는 현재 가동 주기에서 원자로 내부에 존재하는 복수의 어셈블리를 구성하는 복수의 로드(rod)들의 외부에 침착된 크러드 두께를 각각의 로드별로 산출한다.First, the crud thickness calculator 110 calculates the crud thickness deposited on the outside of a plurality of rods constituting a plurality of assemblies existing inside a nuclear reactor in a current operation cycle for each rod.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 어셈블리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로드(rod)의 외부에 침착된 크러드를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining an assembly of a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view for explaining a crud deposited on the outside of a rod according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 나타낸 것처럼, 어셈블리는 복수의 로드(rod)와 복수개의 로드(rod)를 제어하기 위한 컨트롤 튜브(Control rod guide thimble tube), 그리드 어셈블리(Grid assembly) 및 탑 노즐(Top nozzle)을 포함한다.As shown in FIG. 2 , the assembly includes a plurality of rods and a control rod guide thimble tube for controlling the plurality of rods, a grid assembly and a top nozzle. do.

여기서, 로드(rod)는 복수개의 팰럿(Pellet)이 적층되어 하나의 봉 형태로 생성된다.Here, the rod is formed in the form of one rod by stacking a plurality of pallets.

그리고, 크러드(Crud, Chalk River Unidentified Deposit)는 원자력 발전소의 운전중 로드(rod)의 외부에 다공성 구조로 침착되는 부식생성물이며, 주로 로드(rod)의 상단 부분에 생성된다.And, Crud (Chalk River Unidentified Deposit) is a corrosion product that is deposited in a porous structure on the outside of a rod during operation of a nuclear power plant, and is mainly generated in the upper part of the rod.

즉, 도 3에서 나타낸 것처럼, 크러드(Crud)는 로드(rod)의 상단부분에 집중적으로 생성되며, 원자로의 상태 및 출력에 따라 크러드(Crud)의 위치 및 생성량은 변경될 수 있다.That is, as shown in FIG. 3 , the crud is intensively generated at the upper end of the rod, and the position and amount of the crud may be changed according to the state and output of the nuclear reactor.

또한, 크러드(Crud)에는 붕소가 침착되어 원자로의 출력을 감소시키며, 크러드(Crud)는 로드(rod)와 냉각수 사이의 열전달을 방해하여 비정상 축방향 출력편차(AOA, Axial Offest Anomaly)를 발생시킨다.In addition, boron is deposited on the crud to reduce the power of the nuclear reactor, and the crud prevents heat transfer between the rod and the coolant to prevent abnormal axial output deviation (AOA). generate

다음으로, 연산부(120)는 침착된 크러드(Crud)에 존재하는 붕소(Boron)의 수밀도를 이용하여 각각의 로드별로 크러드(Crud)에 포함된 붕소의 비율을 연산한다.Next, the calculating unit 120 calculates the ratio of boron included in the crud for each rod by using the number density of boron present in the deposited crud.

또한, 연산부(120)는 크러드(Crud)에 흡착된 붕소의 비율과 붕소와 중성자와의 반응확률을 이용하여 크러드(Crud) 내의 밀도 변화량을 연산한다.In addition, the calculating unit 120 calculates the density change in the crud by using the ratio of the boron adsorbed to the crud and the reaction probability between boron and neutrons.

여기서, 붕소의 수밀도는 크러드(Crud)의 부피안에 존재하는 붕소 원자의 개수이다.Here, the number density of boron is the number of boron atoms present in the volume of the crud.

다음으로, 붕소 밀도 산출부(130)는 연산 된 밀도 변화량을 적분하여 크러드(Crud) 내의 붕소의 밀도를 산출한다.Next, the boron density calculator 130 calculates the density of boron in the crud by integrating the calculated density change.

이하에서는 도 4 내지 도 9를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석 방법을 설명한다.Hereinafter, a crud analysis method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 9 .

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 크러드 분석 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flow chart for explaining a crud analysis method according to an embodiment of the present invention.

도 4에서 나타낸 것처럼, 크러드 두께 산출부(110)는 현재 가동 주기에서 원자로 내부에 존재하는 복수의 어셈블리를 구성하는 복수의 로드(rod)들의 외부에 침착된 크러드 두께를 각각의 로드별로 산출한다(S410).As shown in FIG. 4 , the crud thickness calculation unit 110 calculates the crud thickness deposited on the outside of a plurality of rods constituting a plurality of assemblies existing inside the nuclear reactor in the current operation cycle for each rod. do (S410).

즉, 크러드 두께 산출부(110)는 아래의 수학식 1을 이용하여 복수의 로드(rod) 각각의 외부에 침착된 크러드의 두께를 산출한다.That is, the crud thickness calculator 110 calculates the thickness of the crud deposited on the outside of each of the plurality of rods by using Equation 1 below.

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서,

Figure pat00019
는 측정 대상 로드에 존재하는 핵연료가 현재 연소 단계 내에서 연소도이고, X, Y는 측정 대상 로드(rod)의 어셈블리 내의 좌표이고,
Figure pat00020
는 측정 대상 로드의 높이에 따른 크러드의 침착량에 대한 함수이고, Z는 측정 대상 로드의 높이이다.here,
Figure pat00019
is the degree of combustion within the current combustion stage of the nuclear fuel present in the rod to be measured, X, Y are the coordinates within the assembly of the rod to be measured,
Figure pat00020
is a function of the deposition amount of the crud according to the height of the rod to be measured, and Z is the height of the rod to be measured.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 어셈블리의 평면도를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로드의 높이에 따라 생성되는 크러드의 침착량을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 핵연료의 연소 시간별 크러드의 두께를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a plan view of an assembly according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view showing the amount of crud deposited according to the height of a rod according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram of the present invention It is a view showing the thickness of the crud for each combustion time of nuclear fuel according to the embodiment.

도 5에서 나타낸 것처럼, 어셈블리는 복수개의 로드를 포함한다.5 , the assembly includes a plurality of rods.

이때, 각각의 로드별로 색이 파랑, 갈색 및 분홍색으로 표현한 것은 각각의 로드(rod)가 원자로에서 연소된 횟수를 의미한다.In this case, the colors expressed in blue, brown, and pink for each rod mean the number of times each rod is burned in the nuclear reactor.

즉, 분홍색의 로드(rod)의 경우에는 처음 연소되는 핵연료이고, 갈색의 로드(rod)의 경우에는 2번째 연소중인 핵연료이고, 파랑색의 로드(rod)는 3번재 연소중인 핵연료를 의미한다.That is, in the case of a pink rod, it is the first burning nuclear fuel, in the case of a brown rod, it is the second burning nuclear fuel, and in the case of a blue rod, it means the third burning nuclear fuel.

그리고, 복수개의 로드(rod)는 행과 열에 따라 좌표형태로 위치의 표현이 가능하며, 도 5에서 나타낸 것처럼, (1,1) 또는 (2,9)와 같은 각각의 고유한 좌표로 표현할 수 있다. In addition, a plurality of rods can be expressed in the form of coordinates according to rows and columns, and as shown in FIG. have.

그리고, 도 6에 나타낸 로드의 높이에 따른 크러드의 침착량에 대한 함수(Crud shape function,

Figure pat00021
)을 살펴보면, 로드의 하단에 침착되는 크러드보다 로드의 상단부분에 침착되는 크러드의 양이 많은 것을 알 수 있다.And, a function of the deposition amount of crud according to the height of the rod shown in FIG. 6 (Crud shape function,
Figure pat00021
), it can be seen that the amount of crud deposited on the upper part of the rod is larger than the amount of crud deposited on the lower part of the rod.

즉, 도 7에서 나타낸 것처럼, 수학식 1을 통해 산출된 크러드의 두께는 핵연료가 연소되는 시간이 증가하면, 크러드의 두께도 함께 증가하는 것을 알 수 있다.That is, as shown in FIG. 7 , it can be seen that the thickness of the crud calculated through Equation 1 increases as the time for burning the nuclear fuel increases.

다음으로, 연산부(120)는 침착된 크러드에 존재하는 붕소(Boron)의 수밀도를 이용하여 각각의 로드별로 크러드에 포함된 붕소의 비율을 연산한다(S420).Next, the calculating unit 120 calculates the ratio of boron included in the crud for each rod by using the number density of boron present in the deposited crud (S420).

즉, 연산부(120)는 수학식 1을 통해 산출된 크러드의 두께와 붕소의 수밀도를 아래의 수학식 2를 이용하여 크러드에 포함된 붕소의 비율을 연산한다.That is, the calculating unit 120 calculates the ratio of boron included in the crud by using the following Equation 2 for the thickness of the crud and the number density of boron calculated through Equation (1).

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서,

Figure pat00023
은 n번째 연소 단계에서 크러드 내에 흡착된 붕소의 수밀도이고,
Figure pat00024
은 n번째 연소 단계에서 침착된 크러드의 부피이고,
Figure pat00025
는 상기 로드를 구성하는 하나의 노드의 부피이고,
Figure pat00026
는 공극율이며,
Figure pat00027
은 n번째 연소 단계의 시간 간격이다.here,
Figure pat00023
is the number density of boron adsorbed in the crud in the nth combustion stage,
Figure pat00024
is the volume of crud deposited in the nth combustion stage,
Figure pat00025
is the volume of one node constituting the load,
Figure pat00026
is the porosity,
Figure pat00027
is the time interval of the nth combustion stage.

여기서,

Figure pat00028
는 0.75의 값을 가진다.here,
Figure pat00028
has a value of 0.75.

또한, 연산부(120)는 아래의 수학식 3을 이용하여 n번째 연소 단계에서 크러드 내에 흡착된 붕소의 수밀도를 연산한다.In addition, the calculating unit 120 calculates the number density of boron adsorbed in the crud in the n-th combustion step using Equation 3 below.

Figure pat00029
Figure pat00029

여기서,

Figure pat00030
은 붕소가 흡착되기 전 크러드에서의 붕소 수밀도이고,
Figure pat00031
는 n번째 연소 단계에서의 임계 붕소농도이다.here,
Figure pat00030
is the boron number density in the crud before boron is adsorbed,
Figure pat00031
is the critical boron concentration in the nth combustion stage.

또한,

Figure pat00032
값은 2.584419e(-0.2)/Cm3의 값을 초기 값으로 가지며, 원자로의 상태 및 관리자에 의해 변경될 수 있다.Also,
Figure pat00032
The value has an initial value of 2.584419e (-0.2) /Cm 3 , and may be changed by the state of the reactor and the administrator.

다음으로, 연산부(120)는 크러드에 흡착된 붕소의 비율과 붕소와 중성자와의 반응확률을 이용하여 크러드 내의 붕소 밀도 변화량을 연산한다(S430).Next, the calculating unit 120 calculates the change in the boron density in the crud by using the ratio of the boron adsorbed to the crud and the reaction probability between boron and neutrons (S430).

즉, 연산부(120)는 아래의 수학식 4를 이용하여 크러드 내의 붕소 밀도 변화량을 연산한다.That is, the calculation unit 120 calculates the amount of change in the boron density in the crud by using Equation 4 below.

Figure pat00033
Figure pat00033

여기서,

Figure pat00034
는 n번째 연소 단계에서 t시점에서의 크러드 내의 붕소의 밀도이고,
Figure pat00035
는 n번째 연소 단계에서의 붕소와 중성자와의 반응확률이고,
Figure pat00036
는 n번째 연소 단계에서의 단위 면적을 통과하는 중성자의 개수이다.here,
Figure pat00034
is the density of boron in the crud at time t in the nth combustion stage,
Figure pat00035
is the reaction probability of boron and neutrons in the nth combustion stage,
Figure pat00036
is the number of neutrons passing through a unit area in the nth combustion stage.

다음으로, 붕소 밀도 산출부(130)는 연산된 밀도 변화량을 적분하여 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출한다(S440).Next, the boron density calculator 130 calculates the density of boron in the crud by integrating the calculated density change (S440).

즉, 붕소 밀도 산출부(130)는 아래의 수학식 5를 이용하여 크러드 내의 붕소 밀도를 산출한다.That is, the boron density calculator 130 calculates the boron density in the crud using Equation 5 below.

Figure pat00037
Figure pat00037

그러면, 크러드 분석장치(100)는 수학식 1 내지 수학식 5를 통해 연산된 크러드 내의 붕소 밀도를 크러드 모델링에 적용하여 다음 주기의 축방향 출력편차를 예측한다.Then, the crad analyzer 100 predicts the axial output deviation of the next period by applying the boron density in the cradle calculated through Equations 1 to 5 to the crad modeling.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 현재 주기에서의 핵연료 연소 시간에 따른 축방향 출력편차를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다음 주기에서의 핵연료 연소 시간에 따른 축방향 출력편차를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the axial output deviation according to the nuclear fuel combustion time in the current cycle according to the embodiment of the present invention, and FIG. 9 is the axial output according to the nuclear fuel combustion time in the next cycle according to the embodiment of the present invention. This is a graph showing the deviation.

도 8 및 도 9에서 나타낸 것처럼, Measuered는 측정된 축방향 출력편차를 나타내며, ST/R2는 크러드를 고려하지 않았을 경우의 축방향 출력편차이고, ST/R2 ASI Search는 크러드를 고려한 경우의 축방향 출력편차이며, NDR은 Nuclear Data Report에 기록된 축방향 출력편차이다. As shown in Figs. 8 and 9, Measued represents the measured axial output deviation, ST/R2 is the axial output deviation when crud is not considered, and ST/R2 ASI Search is when crad is considered. It is the axial output deviation, and NDR is the axial output deviation recorded in the Nuclear Data Report.

그리고, 축방향 출력편차(ASI)는 로드의 중앙으로부터 상측 부분과 하측부분의 출력이 동일할 경우 0으로 나타낸다.And, the axial output deviation (ASI) is expressed as 0 when the output of the upper part and the lower part from the center of the rod is the same.

도 8 및 도 9에서 나타낸 것처럼, 현재 주기에서의 NDR과 ST/R2의 그래프를 보면, 첫 기동부터 15GWd/MT은 비슷한 축방향 출력편차를 보이는 것으로 나타났지만, 이후에는 오차가 생기는 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 8 and 9 , looking at the graphs of NDR and ST/R2 in the current cycle, 15GWd/MT from the first startup showed similar axial output deviation, but it can be seen that errors occur thereafter. .

또한, 다음 주기에서의 축방향 출력편차의 경우 현재 주기에서의 오차보다 큰 오차를 가지는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the axial output deviation in the next period has a larger error than the error in the current period.

반면에, 본 발명의 실시예가 적용된 ST/R2 ASI Search의 경우에, 현재주기에서의 축방향 출력편차의 오차는 큰 것으로 나타내었지만, 다음 주기에서의 축방향 출력편차의 오차는 줄어든 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of ST/R2 ASI Search to which the embodiment of the present invention is applied, it can be seen that the error of the axial output deviation in the current period is large, but the error of the axial output deviation in the next period is reduced. .

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 현재 주기에서 생성된 크러드의 내부에 침착된 붕소의 밀도를 반영하여 다음 주기에서의 축방향 출력편차(ASI, Axial shape index)를 판단하기 때문에 다음 주기에서의 정확한 축방향 출력편차를 적용할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, since the axial output deviation (ASI, Axial shape index) in the next cycle is determined by reflecting the density of boron deposited inside the crud generated in the current cycle, in the next cycle can apply the exact axial output deviation of

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 크러드 분석장치, 110: 크러드 두께 산출부,
120: 연산부, 130: 붕소 밀도 산출부100: crud analyzer, 110: crud thickness calculator,
120: calculation unit, 130: boron density calculation unit

Claims (12)

크러드 분석장치를 이용한 원자로 내부의 크러드 분석 방법에 있어서,
현재 가동 주기에서 원자로 내부에 존재하는 복수의 어셈블리를 구성하는 복수의 로드(rod)들의 외부에 침착된 크러드 두께를 각각의 로드별로 산출하는 단계,
상기 침착된 크러드에 존재하는 붕소(Boron)의 수밀도를 이용하여 각각의 로드별로 상기 크러드에 포함된 붕소의 비율을 연산하는 단계,
상기 크러드에 흡착된 붕소의 비율과 붕소와 중성자와의 반응확률을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 단계, 그리고
상기 연산된 밀도 변화량을 적분하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출하는 단계를 포함하는 크러드 분석 방법.In the Crude analysis method inside the nuclear reactor using the Crude analyzer,
Calculating, for each rod, a thickness of a crud deposited on the outside of a plurality of rods constituting a plurality of assemblies existing inside the nuclear reactor in the current operation cycle;
calculating the ratio of boron contained in the crud for each rod by using the number density of boron present in the deposited crud;
Calculating the amount of change in density in the crud using the ratio of boron adsorbed to the crud and the reaction probability between boron and neutrons, and
and calculating the density of boron in the crud by integrating the calculated density change. 제1항에 있어서,
상기 침착된 크러드의 두께를 각각의 로드별로 산출하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 크러드의 두께를 연산하는 크러드 분석 방법;
Figure pat00038

여기서,
Figure pat00039
는 측정 대상 로드에 존재하는 핵연료가 현재 연소 단계 내에서 연소도이고, X, Y는 측정 대상 로드의 어셈블리 내의 좌표이고,
Figure pat00040
는 측정 대상 로드의 높이에 따른 크러드의 침착량에 대한 함수이고, Z는 측정 대상 로드의 높이이다.According to claim 1,
Calculating the thickness of the deposited crud for each rod comprises:
Cradle analysis method for calculating the thickness of the crud using the following equation;
Figure pat00038

here,
Figure pat00039
is the degree of combustion within the current combustion stage of the nuclear fuel present in the rod to be measured, X and Y are the coordinates within the assembly of the rod to be measured,
Figure pat00040
is a function of the deposition amount of the crud according to the height of the rod to be measured, and Z is the height of the rod to be measured. 제2항에 있어서,
상기 붕소의 비율을 연산하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 붕소의 비율을 연산하는 크러드 분석 방법;
Figure pat00041

여기서,
Figure pat00042
은 n번째 연소 단계에서 크러드 내에 흡착된 붕소의 수밀도이고,
Figure pat00043
은 n번째 연소 단계에서 침착된 크러드의 부피이고,
Figure pat00044
는 상기 로드를 구성하는 하나의 노드의 부피이고,
Figure pat00045
는 공극율이며,
Figure pat00046
은 n번째 연소 단계의 시간 간격이다.3. The method of claim 2,
The step of calculating the ratio of boron is,
Crude analysis method for calculating the ratio of the boron using the following equation;
Figure pat00041

here,
Figure pat00042
is the number density of boron adsorbed in the crud in the nth combustion stage,
Figure pat00043
is the volume of crud deposited in the nth combustion stage,
Figure pat00044
is the volume of one node constituting the load,
Figure pat00045
is the porosity,
Figure pat00046
is the time interval of the nth combustion stage. 제3항에 있어서,
상기 붕소의 수밀도는,
아래의 수학식에 의해 연산되는 크러드 분석 방법;
Figure pat00047

여기서,
Figure pat00048
은 붕소가 흡착되기 전 크러드에서의 붕소 수밀도이고,
Figure pat00049
는 n번째 연소 단계에서의 임계 붕소농도이다.4. The method of claim 3,
The number density of the boron is,
Crude analysis method calculated by the following equation;
Figure pat00047

here,
Figure pat00048
is the boron number density in the crud before boron is adsorbed,
Figure pat00049
is the critical boron concentration in the nth combustion stage. 제4항에 있어서,
상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 크러드 분석 방법;
Figure pat00050

여기서,
Figure pat00051
는 n번째 연소 단계에서 t시점에서의 크러드 내의 붕소의 밀도이고,
Figure pat00052
는 n번째 연소 단계에서의 붕소와 중성자와의 반응확률이고,
Figure pat00053
는 n번째 연소 단계에서의 단위 면적을 통과하는 중성자의 개수이다.5. The method of claim 4,
Calculating the density change in the crud comprises:
a crud analysis method for calculating the density change in the crud by using the following equation;
Figure pat00050

here,
Figure pat00051
is the density of boron in the crud at time t in the nth combustion stage,
Figure pat00052
is the reaction probability of boron and neutrons in the nth combustion stage,
Figure pat00053
is the number of neutrons passing through a unit area in the nth combustion stage. 제5항에 있어서,
상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출하는 단계는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 연산하는 크러드 분석 방법.
Figure pat00054
6. The method of claim 5,
The step of calculating the density of boron in the crud,
Crude analysis method for calculating the density of boron in the clad using the following equation.
Figure pat00054
 원자로 내부의 크러드를 분석하기 위한 크러드 분석장치에 있어서,
현재 가동 주기에서 원자로 내부에 존재하는 복수의 어셈블리를 구성하는 복수의 로드(rod)들의 외부에 침착된 크러드 두께를 각각의 로드별로 산출하는 크러드 두께 산출부,
상기 침착된 크러드에 존재하는 붕소(Boron)의 수밀도를 이용하여 각각의 로드별로 상기 크러드에 포함된 붕소의 비율을 연산하고, 상기 크러드에 흡착된 붕소의 비율과 붕소와 중성자와의 반응확률을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 연산부, 그리고
상기 연산된 밀도 변화량을 적분하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 산출하는 붕소 밀도 산출부를 포함하는 크러드 분석장치.In the crad analyzer for analyzing the crad inside the nuclear reactor,
A crud thickness calculator that calculates for each rod a thickness of a crud deposited on the outside of a plurality of rods constituting a plurality of assemblies existing inside the nuclear reactor in the current operation cycle;
The ratio of boron contained in the crud is calculated for each rod by using the number density of boron present in the deposited crud, and the ratio of boron adsorbed to the crud and the reaction between boron and neutrons a calculating unit that calculates the amount of change in density in the crud by using the probability; and
and a boron density calculator configured to calculate the density of boron in the clad by integrating the calculated density change. 제7항에 있어서,
상기 크러드 두께 산출부는,
아래의 수학식을 이용하여 크러드의 두께를 연산하는 크러드 분석 장치;
Figure pat00055

여기서,
Figure pat00056
는 측정 대상 로드에 존재하는 핵연료가 현재 연소 단계 내에서 연소도이고, X, Y는 측정 대상 로드의 어셈블리 내의 좌표이고,
Figure pat00057
는 측정 대상 로드의 높이에 따른 크러드의 침착량에 대한 함수이고, Z는 측정 대상 로드의 높이이다.8. The method of claim 7,
The crud thickness calculation unit,
Crude analysis device for calculating the thickness of the crud using the following equation;
Figure pat00055

here,
Figure pat00056
is the degree of combustion within the current combustion stage of the nuclear fuel present in the rod to be measured, X and Y are the coordinates within the assembly of the rod to be measured,
Figure pat00057
is a function of the deposition amount of the crud according to the height of the rod to be measured, and Z is the height of the rod to be measured. 제8항에 있어서,
상기 연산부는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 붕소의 비율을 연산하는 크러드 분석 장치;
Figure pat00058

여기서,
Figure pat00059
은 n번째 연소 단계에서 크러드 내에 흡착된 붕소의 수밀도이고,
Figure pat00060
은 n번째 연소 단계에서 침착된 크러드의 부피이고,
Figure pat00061
는 상기 로드를 구성하는 하나의 노드의 부피이고,
Figure pat00062
는 공극율이며,
Figure pat00063
은 n번째 연소 단계의 시간 간격이다.9. The method of claim 8,
The calculation unit,
Crude analysis device for calculating the ratio of the boron using the following equation;
Figure pat00058

here,
Figure pat00059
is the number density of boron adsorbed in the crud in the nth combustion stage,
Figure pat00060
is the volume of crud deposited in the nth combustion stage,
Figure pat00061
is the volume of one node constituting the load,
Figure pat00062
is the porosity,
Figure pat00063
is the time interval of the nth combustion stage. 제9항에 있어서,
상기 붕소의 수밀도는,
아래의 수학식에 의해 연산되는 크러드 분석 장치;
Figure pat00064

여기서,
Figure pat00065
은 붕소가 흡착되기 전 크러드에서의 붕소 수밀도이고,
Figure pat00066
는 n번째 연소 단계에서의 임계 붕소농도이다.10. The method of claim 9,
The number density of the boron is,
Crude analysis device calculated by the following equation;
Figure pat00064

here,
Figure pat00065
is the boron number density in the crud before boron is adsorbed,
Figure pat00066
is the critical boron concentration in the nth combustion stage. 제10항에 있어서,
상기 연산부는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 크러드 내의 밀도 변화량을 연산하는 크러드 분석 장치;
Figure pat00067

여기서,
Figure pat00068
는 n번째 연소 단계에서 t시점에서의 크러드 내의 붕소의 밀도이고,
Figure pat00069
는 n번째 연소 단계에서의 붕소와 중성자와의 반응확률이고,
Figure pat00070
는 n번째 연소 단계에서의 단위 면적을 통과하는 중성자의 개수이다.11. The method of claim 10,
The calculation unit,
a crud analyzer for calculating the amount of change in density in the crud by using the following equation;
Figure pat00067

here,
Figure pat00068
is the density of boron in the crud at time t in the nth combustion stage,
Figure pat00069
is the reaction probability of boron and neutrons in the nth combustion stage,
Figure pat00070
is the number of neutrons passing through a unit area in the nth combustion stage. 제11항에 있어서,
상기 붕소 밀도 산출부는,
아래의 수학식을 이용하여 상기 크러드 내의 붕소의 밀도를 연산하는 크러드 분석 장치.
Figure pat00071
12. The method of claim 11,
The boron density calculation unit,
Crude analysis apparatus for calculating the density of boron in the clad using the following equation.
Figure pat00071
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